Edelsteine: Brillante Zeugen für die Erforschung der Erde

Von Florian Neukirchen

Wie entstehen Edelsteine? Wo gibt es sie? Und was können wir von ihnen lernen?

Bei der Bildung von Smaragd, Rubin, Diamant, Topas oder Opal sind die beteiligten Zutaten und Prozesse so vielfältig wie die Edelsteine selbst. Anschaulich erklärt Florian Neukirchen, wie seltene Elemente angereichert werden und wie es zu ungewöhnlichen Begegnungen zwischen Spurenelementen kommt. Während beispielsweise die Riesenkristalle eines Pegmatits innerhalb von Tagen wachsen, dauert die Entstehung von Amethystgeoden einige Millionen Jahre.

Diamanten verdanken wir nicht nur einiges Wissen über den Erdmantel, sondern auch über die Entstehung der ersten Kontinente. Bei ihrer Bildung spielen Redoxreaktionen im Erdmantel eine ähnlich wichtige Rolle wie ungewöhnlich ablaufende vulkanische Eruptionen, durch die sie sicher an die Oberfläche gebracht werden, ohne zu verbrennen.

Edelsteine erzählen uns manch erstaunliche Geschichte: Wie eine Kapsel, die geheime Dokumente birgt, enthalten sie Informationen über unzugängliche Regionen der Erde aus einer fernen Vergangenheit und sogar aus der Tiefe des Weltalls: In Meteoriten wurden Diamanten gefunden, die sogar älter als das Sonnensystem sind.

Granate dienen Forschern als eine Art Thermometer, da sie die Bildungstemperatur eines Gesteins anzeigen. Einige Zirkonkristalle sind die einzigen Zeugen aus der höllisch heißen Frühzeit der Erde, aus der keine Gesteine erhalten sind. Die winzigen Kristalle ermöglichen uns sogar Aussagen über das damalige Klima.

Abgerundet wird das Buch mit Informationen über Minen, Märkte und antike Handelsrouten und einem Kapitel über die technische Anwendung und synthetische Herstellung von Edelsteinen.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Spektrum Akademischer Verlag
• Erscheinungsdatum: 14. Feb. 2012
• ISBN: 9783827429223

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Florian NeukirchenEdelsteineBrillante Zeugen für die Erforschung der Erde10.1007/978-3-8274-2922-3© Springer Berlin Heidelberg 2012

Florian Neukirchen

EdelsteineBrillante Zeugen für die Erforschung der Erde

Planung und Lektorat: Merlet Behncke-Braunbeck, Dr. Meike BarthRedaktion: Projektmanagement & Verlagslösungen Dr. Rainer AschemeierEinbandabbildung: Aquamarin aus Pakistan © Mineralientage MünchenEinbandentwurf: wsp design Werbeagentur GmbH, HeidelbergGedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier

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Florian Neukirchen

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ISBN 978-3-8274-2921-6e-ISBN 978-3-8274-2922-3

Springer-Verlag Berlin Heidelberg

© Springer Berlin Heidelberg 2012

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Gedruckt auf säurefreiem Papier 2111–5 4 3 2 1 0

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„Damit unserem unternommenen Werke nichts fehle, sind noch die Edelsteine übrig: die gleichsam ins Kleine gebrachte Herrlichkeit der Natur, welche viele im Kleinen noch bewundernswürdiger finden."

Plinius der Ältere, Naturalis Historia, Buch XXXVII.

Vorwort

Wie entstehen Edelsteine? In der Antike glaubte man noch, dass Kristalle entweder durch Wärme verdickte Feuchtigkeit seien oder aber eine besondere Form von Eis. Nach Plinius dem Älteren spricht für die zweite These, dass sie häufig in den kältesten Regionen der Gebirge gefunden werden. Unsere Theorien haben sich natürlich weit von Plinius entfernt. So vielfältig die Welt der Edelsteine ist, so unterschiedlich sind auch die Prozesse ihrer Entstehung. Bei aller Vielfalt werden uns bestimmte Zutaten und Prozesse mehrfach begegnen, was den erstaunlichen Edelsteinreichtum mancher Regionen erklärt.

Ein weiterer Aspekt dieses Buches ist das Wissen, das wir manchen Edelsteinen verdanken: Wie eine Kapsel bewahren sie einmalige Informationen über den unerreichbar tiefen Erdmantel, über die Frühzeit der Erde und sogar über die Tiefen des Weltalls in sich auf.

Um nicht allzu weit ausholen zu müssen, setze ich ein gewisses geologisches Allgemeinwissen voraus. Wer mit den Grundzügen der Plattentektonik nicht vertraut ist oder mit Begriffen wie Subduktionszonen, Erdmantel, Magma und Metamorphose noch nichts anfangen kann, der sollte zunächst nach einem Buch greifen, das in die Geologie einführt. In diesem Fall kann ich die Einführung in meinem Buch Bewegte Bergweltempfehlen. Einen Eindruck hiervon können Sie mit einzelnen Probeseiten unter www.springer.com/978-3-8274-2753-3 gewinnen. Einige Begriffe finden sich im Glossar am Ende des Buches erläutert.

Im Text selbst sind nur ausgewählte Quellen angegeben, um den Lesefluss zu verbessern. Weiterführende Literatur ist, nach Kapiteln sortiert, im Anhang zu finden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf aktuellen Studien, nicht auf einer wissenschaftshistorischen Dokumentation.

Herzlich danke ich Dr. Sebastian Staude (Universität Tübingen), dessen Kommentare zur Verbesserung des Manuskripts beigetragen haben. Hilfreich waren auch Dr. Melanie Kaliwoda (Museum Reich der Kristalle München) und Wibke Kowalski (Universität Freiburg). Für die gute Zusammenarbeit danke ich Merlet Behncke-Braunbeck und Dr. Meike Barth (Spektrum Akademischer Verlag) und Dr. Rainer Aschemeier für das sorgfältige Lektorat.

Berlin

September 2011

Inhalt

VorwortVII

1 Edelsteine und ihre Eigenschaften 1

2 Minen, Märkte, Marketing im Laufe der Geschichte 29

3 Diamanten: Boten aus der Tiefe der Erde 63

4 Mikrodiamanten-Trilogie: Subduktion, Schock und Sternenstaub 93

5 Riesenkristalle und ungewöhnliche Begegnungen:Smaragd, Topas und Turmalin111

6 Die ältesten Zirkone: Zeugen aus dem Hades 143

7 Nicht ganz so heiß gekocht: Amethyst,Achat und Opal161

8 Vielfältiger Granat, präzises Thermometer 179

9 Edles Aluminiumoxid: Rubin und Saphir 189

10 Edelsteine in der Technik 199

Glossar211

Literatur235

Sachverzeichnis255

Florian NeukirchenEdelsteineBrillante Zeugen für die Erforschung der Erde10.1007/978-3-8274-2922-3_1© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2012

1. Edelsteine und ihre Eigenschaften

Florian Neukirchen  

Florian Neukirchen

Email: [e-mail]

URL: www.riannek.de

Zusammenfassung

Seit jeher bezaubern Edelsteine die Menschen. Wir bewundern ihre Brillanz, ihre Farben und ihre strenge Form. Magische Kräfte werden ihnen zugesprochen, sie schmücken und dienen als Statussymbole. Wissenschaftler werfen einen etwas anderen Blick auf Diamant und Rubin, Smaragd und Zirkon. Sie untersuchen Variationen in der Zusammensetzung, mikroskopisch kleine Einschlüsse und andere Details, denken über die Entstehung der Edelsteine nach und stellen fest, dass die Kristalle uns erstaunliche Geschichten erzählen. Darunter sind Geschichten aus unerreichbarer Tiefe oder von einer fernen Vergangenheit. Um diese Ergebnisse dreht sich der Hauptteil dieses Buches. Ich möchte jedoch zwei einführende Kapitel voranstellen, die sich mit den Eigenschaften und Vorkommen von Edelsteinen beschäftigen und ihren Wert, den Handel und ihre Geschichte beleuchten.

Seit jeher bezaubern Edelsteine die Menschen. Wir bewundern ihre Brillanz, ihre Farben und ihre strenge Form. Magische Kräfte werden ihnen zugesprochen, sie schmücken und dienen als Statussymbole. Wissenschaftler werfen einen etwas anderen Blick auf Diamant und Rubin, Smaragd und Zirkon. Sie untersuchen Variationen in der Zusammensetzung, mikroskopisch kleine Einschlüsse und andere Details, denken über die Entstehung der Edelsteine nach und stellen fest, dass die Kristalle uns erstaunliche Geschichten erzählen. Darunter sind Geschichten aus unerreichbarer Tiefe oder von einer fernen Vergangenheit. Um diese Ergebnisse dreht sich der Hauptteil dieses Buches. Ich möchte jedoch zwei einführende Kapitel voranstellen, die sich mit den Eigenschaften und Vorkommen von Edelsteinen beschäftigen und ihren Wert, den Handel und ihre Geschichte beleuchten.

Was sind eigentlich Edelsteine und was macht sie so wertvoll? Das Edle ist ja keine Eigenschaft, die den Steinen als solche anhaftet. Vielmehr sind es die spezifischen Eigenschaften ganz unterschiedlicher Minerale, die diese für Menschen begehrenswert machen. Somit ist das Wort keine wissenschaftliche Kategorie, sondern ein Schlagwort der Schmucksteinindustrie. Früher galten nur eine Handvoll Minerale als „richtige" Edelsteine, wobei die Abgrenzung zum Rest relativ willkürlich war. Im weiten Sinn bezeichnet der Begriff alle Minerale, die als Schmuckstein Verwendung finden. Sie sollten schön sein, nicht leicht zerkratzen und am besten auch noch selten sein. Wenn sie jedoch zu selten sind, schaffen sie es kaum, sich einen Namen zu machen und werden nur von einigen Sammlern gekauft. Die Bekanntheit spielt also auch eine Rolle. Einige Edelsteine haben zudem besondere optische Eigenschaften, die sie zum Beispiel funkeln lassen oder für die Technik interessant machen.

Früher hat man weniger wertvolle Edelsteine als Halbedelsteine bezeichnet. „Halbedel ist ein ziemlich unglücklicher Begriff, der nichts Bestimmtes aussagt, aber die durchaus schönen Minerale in den Augen der Käufer herabsetzt. Zudem gab es keine klare Definition, die „halbedel von „edel trennt. Dieser abwertende Begriff wird daher heute nicht mehr benutzt. Ähnlich schwierig ist das schwammige Wort „Schmuckstein, mit dem oft ebenfalls weniger wertvolle Steine gemeint sind: Ich verwende es als Synonym für Edelsteine. Das Wort „Juwel" wird manchmal für geschliffene Edelsteine benutzt; üblicherweise bezeichnet es ein Schmuckstück, in dem Edelsteine in Edelmetall gefasst sind.

Der Wert von Edelsteinen lässt sich nicht so einfach verfolgen wie Kursschwankungen an einer Börse. Wer mit Edelmetallen wie Gold, Silber oder Platin handelt, kann leicht den exakten Wert nachschlagen, den eine Unze des Metalls gerade hat. Bei Edelsteinen ist das nicht möglich, weil sich neben dem Gewicht noch weitere Faktoren auf den Wert auswirken. Es ist sogar unmöglich zu sagen, ob im Allgemeinen etwa ein Diamant, ein Rubin oder ein Smaragd wertvoller ist: Es kommt auf die Qualität des Einzelstücks an. Es gibt unzählige Institute, die nur damit beschäftigt sind, die Qualität von Edelsteinen und damit ihren Wert einzuschätzen. Diese Einschätzung ist durchaus subjektiv und kann bei mehrfachen Versuchen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Entsprechend ist das Zertifikat, ein Stück Papier, das die ermittelte Qualitätsklasse angibt, für den Wert fast so wichtig wie der Edelstein selbst. Übrigens wird man selbst mit einem Zertifikat selten einen Edelstein zum selben Preis verkaufen können, zu dem man ihn kurz zuvor gekauft hat: Für Juweliere ist „secondhand" nur interessant, wenn es sich um außergewöhnlich hochwertige Stücke handelt.

Die wichtigsten Faktoren, die sich auf den Wert eines Edelsteins auswirken, sind die „vier C", wie es im Englischen heißt: color, clarity, cutund carat; also Farbe, Reinheit, Schliff und Gewicht. Schauen wir uns diese vier Punkte einmal genauer an.

Bei farbigen Edelsteinen sind Farbton, Helligkeit und Farbsättigung von erster Bedeutung. Je schöner die Farbe, desto wertvoller ist der Edelstein. Eine Farbe, die niemand tragen will, wird sich hingegen kaum verkaufen. Schönheit ist natürlich etwas sehr Subjektives und tatsächlich wirkt sich die jeweilige Mode stark auf den Preis aus. Falls eine beliebte Farbe auch noch selten ist, kann sich der betreffende Edelstein zu einem regelrechten Star entwickeln. Ein Beispiel ist der neonblaue Paraíba-Turmalin, der vor 20 Jahren auf den Markt kam und offensichtlich genau den modernen Zeitgeist traf – er ist so beliebt und selten, dass es selbst für Händler schwierig ist, einen am Markt zu bekommen. Ein anderes Beispiel ist Amethyst, der heute relativ günstig ist: In Zeiten, in denen Violett beliebter war als heute, zählte er noch zu den teuersten Edelsteinen.

Da sich schon kleine Variationen stark auf den Preis auswirken, wird für die Beschreibung der Farbe ein differenziertes Vokabular verwendet. Die beste Farbe, die ein Rubin haben kann, wird etwas befremdlich als „Taubenblutrot" bezeichnet, womit ein Rot mit leichtem Blaustich gemeint ist. Beim Saphir ist Kornblumenblau besonders gefragt. Andere Edelsteine haben der idealen Farbe gleich ihren Namen gegeben: Aquamarinblau und Smaragdgrün.

Bei Diamanten sind vollkommen farblose Kristalle am gefragtesten. Es gibt jedoch auch intensiv gefärbte gelbe, braune, grüne, rote, blaue und pinke Diamanten. Mehrere berühmte Diamanten sind farbig: etwa der grüne Dresdnerund der blaue Hope. Braun ist die häufigste und am wenigsten begehrte Farbe. Um den Markt anzukurbeln, werden braune Diamanten als „cognacfarben" bezeichnet. Gelb kommt ebenfalls relativ häufig vor. Die anderen Farben sind sehr selten und erzielen hohe Preise, die den Wert farbloser Diamanten um ein Vielfaches übersteigen können. Im Englischen heißen sie fancy diamonds.

Viele Minerale können sehr unterschiedlich gefärbt sein; die Farbe ist daher kaum als Bestimmungsmerkmal eines Minerals geeignet. Die unterschiedlich gefärbten Varietäten tragen oft einen anderen Namen, obwohl sich die Zusammensetzung und das Kristallgitter nicht unterscheiden. Rubin und Saphir sind Farbvarietäten des Minerals Korund, beide haben die Zusammensetzung Al2O3. Smaragd und Aquamarin sind Farbvarietäten des Minerals Beryll, das die Zusammensetzung Be3Al2[Si6O18] hat. Quarz (SiO2) wird je nach Farbe als Bergkristall, Rauchquarz, Morion, Amethyst, Prasiolith, Citrin, Rosenquarz oder Aventurin bezeichnet und diese Liste kann mit den mikrokristallinen Quarzvarietäten fortgesetzt werden: Chalcedon, Achat, Karneol, Jaspis, Onyx und Chrysopras.

Diese unterschiedlichen Namen für Farbvarietäten sind natürlich viel älter als die moderne Wissenschaft. Sie stammen aus einer Zeit, in der die Zusammensetzung der Minerale noch nicht bekannt war und die unmittelbar sichtbaren Eigenschaften als Kriterium für die Klassifizierung dienen mussten. Von allen Eigenschaften sticht die Farbe am meisten ins Auge. An zweiter Stelle dürfte die Härte gestanden haben, also der Widerstand, den die Steine dem Schleifen entgegensetzen. Daraus ergibt sich, dass man antike und mittelalterliche Schriften nicht ganz beim Wort nehmen darf, wenn sie von Smaragd, Saphir, Karfunkel oder Topas sprechen. Gemeint war ein grüner, blauer, roter beziehungsweise goldgelber Edelstein, der jedoch nicht unbedingt dem heutigen Sinn des Wortes entsprechen muss. Der Karfunkel (lateinisch Carbunculus) als Bezeichnung für rote Edelsteine ist weitgehend aus dem Sprachgebrauch verschwunden, wir kennen das Wort am ehesten noch aus Märchen.

Es gibt eine ganze Reihe von Ursachen der Färbung. Manche Minerale haben eine Eigenfarbe, die kaum variieren kann. Bei diesen wird die Färbung durch eines ihrer Hauptelemente ausgelöst. Ein Beispiel ist Olivin, der unter dem Namen Peridot als Edelstein verkauft wird. Olivin ist eines von vier Mineralen, aus denen das Gestein des Erdmantels, der Peridotit, aufgebaut ist. Er macht also einen guten Teil der gesamten Erde aus. Zum Glück gelangen manchmal Stücke aus dem Erdmantel an die Oberfläche: Bei der Kollision zweier Kontinente können riesige Späne des Mantels in das Gebirge eingebaut werden. An manchen Vulkanen sind Laven mit kleineren Mantelfragmenten zu finden. Olivin ist zudem das erste Mineral, das bei der Kristallisation von Basaltmagma gebildet wird.

Die grüne Farbe verdankt Olivin dem Eisengehalt. Seine Zusammensetzung kann als (Mg, Fe²+)2SiO4angegeben werden, wobei das Komma zwischen Magnesium und Eisen bedeutet, dass es sich um eine Mischungsreihe handelt: Magnesium-Ionen und zweiwertiges Eisen haben einen sehr ähnlichen Radius und der entsprechende Platz im Kristallgitter kann nach Belieben mit beiden aufgefüllt werden. Es gibt also ein Magnesium-Endglied und ein Eisen-Endglied, zwischen denen die Zusammensetzungen variieren. Das reine Magnesium-Endglied kann in Marmor vorkommen und ist farblos. Im intensiv grünen Olivin des Erdmantels kommt auf neun Magnesium-Ionen ein Eisen-Ion. Aus einem Magma kristallisierter Olivin ist oft etwas eisenreicher und daher gelblich.

In der Regel geht die Farbe von Mineralen nicht auf ein Hauptelement zurück, sondern auf Spurenelemente, die quasi als Verunreinigung in winzigen Mengen in das Kristallgitter eingebaut sind und eine Fremdfärbung hervorrufen. Diese Spurenelemente ersetzen entweder eines der Hauptelemente auf einem Gitterplatz oder sie befinden sich als Gitterdefekte zwischen den normalen Gitterplätzen. Prinzipiell ist der Einbau von Ionen unterschiedlicher Wertigkeit so gekoppelt, dass elektrische Neutralität erhalten bleibt. In einigen Mineralen geht die Farbe auf ein einziges Metall-Ion zurück, auf Cr³+, V³+, Fe²+, Cu²+oder andere. Die äußeren Elektronen dieser Ionen haben alle dieselbe Energie, sie befinden sich in 3d-Orbitalen. Durch den Einbau in ein Kristallgitter geht die Symmetrie der Orbitale verloren, die Elektronen werden auf unterschiedliche Energieniveaus verteilt, die von den benachbarten Anionen abhängig sind. Das sichtbare Licht hat die benötigte Energie, um diese Elektronen auf ein anderes Energieniveau zu heben. Die Wellenlänge, die der benötigten Energie entspricht, wird dabei absorbiert. Unsere Augen nehmen ein Licht, dem bestimmte Wellenlängen fehlen, als farbig wahr. Die ausgebildeten Energieniveaus sind von Kristallgitter zu Kristallgitter unterschiedlich. Daher führt jedes der Ionen in unterschiedlichen Mineralen auch zu unterschiedlichen Farben. Ein Beryll wird durch Cr³+grün gefärbt (Smaragd), ein Korund hingegen rot (Rubin).

Ein Sonderling ist Alexandrit, die chromhaltige Varietät des Chrysoberylls. Wie ein Chamäleon wechselt er unter verschiedenen Lichtquellen seine Farbe: Bei Sonnenlicht ist er grün, beim Licht einer Kerze oder einer Glühbirne rot. Weniger ausgeprägt wird der Alexandrit-Effekt auch in manchen Granaten und selten bei Korund beobachtet. Die wichtigste Rolle spielt hierbei die sogenannte Farbtemperatur des Lichtes. Das Licht einer Glühbirne ist reicher im roten und gelben Bereich des Spektrums und wirkt wärmer. Sonnenlicht ist reicher im blauen Bereich und wirkt kühler. Alle Objekte zeigen bei unterschiedlicher Beleuchtung eine kleine Farbverschiebung, die man jedoch kaum wahrnimmt: Der Unterschied wird teilweise von unserem Gehirn ausgeglichen. Fotografen kennen den Unterschied jedoch, sie müssen einen entsprechenden Weißabgleich vornehmen. Das besondere am Alexandrit ist, dass die absorbierten Wellenlängen so liegen, dass sie sich unterschiedlich auf warmes und auf kühles Licht auswirken. Er hat sozusagen im Spektrum des sichtbaren Lichts zwei Fenster: das eine im grünen, das andere im roten Bereich, und die jeweiligen Lichtquellen leuchten fast nur durch eines der beiden Fenster hindurch.

Nicht immer wird die Färbung durch ein einziges Metall-Ion verursacht. Oft sind zwei benachbarte Metall-Ionen in unterschiedlichen Oxidationsstufen beteiligt, zum Beispiel die Kombination von Fe²+und Fe³+oder Ti³+und Ti⁴+. Das Licht kann dabei ein Elektron von einem zum anderen Ion bewegen. Dabei wird rotes Licht absorbiert, was eine blaue oder grüne Färbung bewirkt. Derselbe Effekt funktioniert sogar zwischen benachbarten Titan- und Eisen-Ionen. Die blaue Färbung von Saphir wird zum Beispiel durch den Ladungstransfer zwischen Fe²+und Fe³+und zwischen Eisen- und Titan-Ionen ausgelöst.

Die Kombination der benachbarten, aber unterschiedlichen Metall-Ionen wirkt als Farbzentrum. Oft gibt es in einem einzigen Kristall unterschiedliche Farbzentren, deren Mischung als Farbe wahrgenommen wird.

Da in Diamanten keine Metall-Ionen eingebaut werden können, muss bei farbigen Diamanten etwas anderes verantwortlich sein. Das einzige Element, das gut in das Diamantgitter passt und fast immer zwischen 0,001 % und 0,3 % der Kohlenstoffatome ersetzt, ist Stickstoff. Im Periodensystem steht Stickstoff rechts neben Kohlenstoff und hat entsprechend ein zusätzliches Valenzelektron. Allerdings hat Stickstoff die Eigenheit, dass in der Regel nur drei Elektronen eine kovalente Bindung eingehen, während zwei als einsames Paar zusammenbleiben, ohne eine Bindung einzugehen. Ein Stickstoffatom kann sich daher nur mit drei Kohlenstoffatomen verbinden und der Einbau erfolgt zwangsläufig in Kombination mit einer benachbarten Leerstelle, also einem unbesetzten Gitterplatz. Bei den Kohlenstoffatomen, die diese Leerstelle umgeben, gibt es ungepaarte Elektronen, die nicht an einer Bindung beteiligt sind und eine Färbung auslösen können. Eine Rolle spielt auch, ob der Stickstoff im Kristall chaotisch verteilt oder in Aggregaten angeordnet ist: An einer Leerstelle, die von mehreren Stickstoffatomen umgeben ist, sind weniger ungepaarte Elektronen vorhanden. In frisch kristallisiertem Diamant ist der Stickstoff chaotisch verteilt, was eine schwache pinke Färbung hervorrufen kann. Die Aggregate werden häufiger, je länger der Kristall einer relativ hohen Temperatur ausgesetzt ist. Am häufigsten ist ein Aggregat von drei Stickstoffatomen, das eine Leerstelle umgibt. Dieses Farbzentrum kann eine starke gelbe Färbung hervorrufen. Der Aggregatzustand kann verwendet werden, um die Zeit abzuschätzen, den ein Diamant bei hoher Temperatur im Erdmantel verbracht hat.

Ein weiteres Element, das in Diamant vorhanden sein kann, steht im Periodensystem links vom Kohlenstoff: Bor. Manche Diamanten enthalten winzige Spuren von Bor, was eine blaue Färbung verursacht.

Eine braune Färbung kann bei Diamant durch Gitterdefekte verursacht werden, die bei mechanischer Beanspruchung durch Deformation des Kristalls entstanden sind.

Bei manchen Mineralen wird eine Färbung hingegen durch ionisierende Strahlung hervorgerufen, die durch den Zerfall von radioaktiven Elementen entsteht. Diese Strahlung kann Defekte im Kristallgitter verursachen.Farbgebende Gitterdefekte gehen oft auf bereits vorhandene Spurenelemente zurück. In Quarz (Lehmann & Bambauer 1973) sind Spuren von Al³+die häufigste Verunreinigung (unter 0,1 %), die jedoch zunächst keine Färbung verursacht. Durch Bestrahlung kann an den Aluminiumionen ein Elektron abgespalten werden. Dieser Elektronendefekt wirkt als Farbzentrum, das in diesem Fall zu einer braunen Färbung führt: Es entsteht Rauchquarz. Je mehr Gitterdefekte vorhanden sind, desto dunkler wird er.

Manchmal enthält Quarz stattdessen Spuren von Fe³+. Das beschränkt sich prinzipiell auf Kristalle, die in relativ oberflächennahen Bereichen der Erdkruste gewachsen sind, wo das Eisen entsprechend oxidiert war, denn nur dreiwertiges Eisen passt halbwegs in das Kristallgitter. Es kann sowohl als Ersatz für Silizium (Tetraeder-Position), als auch im leeren Raum zwischen den Gitterplätzen eingebaut werden. Zwei benachbarte Fe³+-Ionen, von denen das eine auf einem Tetraeder-Gitterplatz sitzt und das andere auf einem Zwischengitterplatz, können beim Bestrahlen mit Gamma- oder Röntgenstrahlen reagieren: Das erste wird zu einem Fe⁴+oxidiert, das zweite zu einem Fe²+reduziert. Durch das ungewöhnliche Fe⁴+wird eine violette Färbung hervorgerufen: Wir haben einen Amethyst. Übrigens sollte man Amethyst möglichst im Dunklen aufbewahren, da das Sonnenlicht die Reaktion rückgängig macht und den Amethyst langsam ausbleicht.

Bei Diamant kann eine durch Strahlung erzeugte Fehlstelle eine blaue oder grüne Farbe hervorrufen. Ein Turmalin kann durch Strahlung pink werden, Topas und Zirkon entweder blau oder rotbraun. Die fortschreitende Einwirkung von Strahlung kann dazu führen, dass das Kristallgitter fast völlig zerstört ist. Dieser Zustand wird als metamikt bezeichnet. Bei Zirkon passiert das häufig, weil das Mineral etwas Uran und Thorium enthält und sich daher selbst bestrahlt. Ein Zirkon mit zerstörtem Kristallgitter ist trüb und hat eine rötlich-braune Farbe.

Die entsprechende Färbung kann durch Bestrahlen auch künstlich hervorgerufen oder verstärkt werden, was gerade bei weniger hochwertigen Stücken regelmäßig gemacht wird. Besonders intensiv gefärbter Amethyst oder schwarzbrauner Rauchquarz hat nur selten seine Farbe auf natürliche Weise erhalten. Oft handelt es sich um Stücke, die ohne Behandlung so wertlos waren, dass sie auf die Halde gewandert wären. Auch bei Beryll, Katzenaugen-Chrysoberyll, Diamant, Granat, Kunzit, Perlmutt und Zuchtperlen, Rubin, Saphir, Topas, Turmalin und Zirkon wird diese Methode benutzt, um die Farbe zu „verbessern". Künstlich bestrahlte Steine müssen im Handel allerdings als solche gekennzeichnet werden – zumindest wenn der Händler etwas auf sich hält und die Richtlinie der CIBJO, der internationalen Vereinigung der Juweliere, umsetzt.

Es gibt noch weitere Methoden, mit denen Edelsteine behandelt werden. Das „Brennen" steht an erster Stelle, bei manchen Edelsteinen ist es sogar Standard. Dabei werden die Steine einer großen Hitze ausgesetzt, wobei die Temperatur und Dauer der Behandlung bei verschiedenen Mineralen unterschiedlich ist. Das Brennen führt zu Veränderungen im Kristallgitter, so können beispielsweise Gitterfehler verheilen und Spurenelemente umsortiert werden.

Aquamarin wird fast immer gebrannt; das intensive Aquamarinblau, das für diesen Edelstein so typisch ist, wird oft erst dadurch hervorgerufen. Grauer Saphir kann in intensiv blauen